JP4603128B2 - Cupric chloride / sodium chlorate etching system - Google Patents
Cupric chloride / sodium chlorate etching system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4603128B2 JP4603128B2 JP2000169690A JP2000169690A JP4603128B2 JP 4603128 B2 JP4603128 B2 JP 4603128B2 JP 2000169690 A JP2000169690 A JP 2000169690A JP 2000169690 A JP2000169690 A JP 2000169690A JP 4603128 B2 JP4603128 B2 JP 4603128B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sodium chlorate
- etching solution
- etching
- cupric chloride
- hydrochloric acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の管理システムに係り、塩化第二銅による銅のエッチングによって生じる第一銅を塩素酸ナトリムと塩酸によって再生する際の前記エッチング液の管理方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エッチング技術によるプリント回路等の形成には、従来から塩化第二鉄エッチング反応および塩化第二銅エッチング反応を利用する方法が主として用いられている。塩化第二銅による方法は過酸化水素による再生で常にエッチング液を新液の状態に維持することができ管理が容易なため広く用いられているが、エッチングファクタ等の点に改善すべき余地が残されている。
【0003】
近年塩化第二銅エッチング液の第一銅の再生に塩素酸ナトリウム(NaClO3)を用いる方法が提案され、エッチングファクタの良好な点や液比重が大きく回収処理の容易な点等で注目されている。しかし塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液(以下クロレートエチャントという)はそのエッチング液としての性状や挙動が充分解明されてはおらず実用的な液管理手段が具体的に知られていない。管理項目としてのpH、塩酸濃度、塩素酸ナトリウム濃度、第一、二塩化銅濃度自体については、従来から種々の測定手段が知られているが、これらは実際のクロレートエチャントについては精度や測定時間等の点で必ずしも適確なものではない。またクロレートエチャントに関しては作業中に極めて危険な二酸化塩素や塩素ガスが発生するおそれがあるため、特にpHについてはリアルタイムでの厳重な管理が必要である。
【0004】
本発明の課題はクロレートエチャントの管理方法について前記各項目を総合的管理することのできる液管理方法および比較的簡単な構成によってこの方法を実施することのできる装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の課題は、塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液による銅エッチングによって生じる塩化第一銅を、塩素酸ナトリウム及び塩酸を用いて式:6CuCl + NaClO3 + 6HCl → 6CuCl2 + NaCl + 3H2Oの反応により再生する際に、前記エッチング液のpH値,ORP値、塩素酸ナトリウム濃度、および比重を夫々対応するセンサによって測定し、前記センサからの信号出力に基いて前記エッチング液のpHを0.5〜2.5、ORP値を+500mV〜+1200mV、塩素酸ナトリウム濃度を0ないし1モル、比重を1.25〜1.45の範囲内となるように前記エッチング液の調整管理を行なうことを特徴とする塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の管理方法によって達成される。
【0006】
前記塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の管理方法は塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液による銅エッチングによって生じる塩化第一銅を、塩素酸ナトリウム及び塩酸を用いて
6CuCl + NaClO3 + 6HCl → 6CuCl2 + NaCl + 3H2O
の反応により再生するために、pHセンサ、ORPセンサ、比重センサおよび温度センサを備えたエッチング駅の測定セルと、前記各センサからの出力信号の処理部および処理結果に応じて補給信号を発生する補給指示部とを備えた制御装置を有することを特徴とする塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の管理装置によって実施することができる。
【0007】
ー従来のエッチング法ー
銅のエッチング法には前記のように塩化第二鉄溶液および塩化第二銅溶液が主として用いられている。
【0008】
ー塩化第二鉄エッチング反応ー
塩化第二鉄エッチング液による銅のエッチング反応は下記のとおりである。
2FeCl3 + Cu → 2FeCl2 + CuCl2
2Fe3+ + Cu0 → 2Fe2+ + Cu2+ (イオン式)
【0009】
エッチングによってたとえば基材上に設けた銅箔がFe3+で酸化されてCu+となりさらに周辺にあるFe3+で酸化されてCu2+となってエッチング液中に溶解する。銅箔を酸化したFe3+は、Fe2+にる。エッチングの結果として、液中にCu2+、Fe2+が生じ、Cu2+は銅箔のエッチングを有するが、Fe2+は銅箔のエッチング能を有しない。塩化第二鉄による銅箔エッチング反応は外部から塩素イオンの補給を必要とせず、比較的高いpHでエッチングが行われ、生成したFe2+は空気中の酸素によって酸化される。
4FeCl2 + O2 + 4HCl → 4FeCl3 + 2H2O
【0010】
この反応で塩酸が消費されてpHが上昇し、水酸化鉄のスラッジが発生する。このため、pH上昇を防ぐことを主目的として塩素イオンを含んだ酸(塩酸)が必要となるので、ある程度塩酸が存在する状態(0.2〜1%)でエッチングが行われる。
【0011】
ー塩化第二銅エッチング反応ー
塩化第二銅エッチングは下記の反応式により進行する。
CuCl2 + Cu → 2CuCl
Cu2+ + Cu0 → 2Cu+ (イオン式)
【0012】
すなわち基材上の銅箔はCu2+によって酸化されてCu+になり、周辺にある大量の塩素イオンによって第一銅錯塩として液中に溶解する。生成したCu+には銅のエッチングはないが、このCu+は酸化剤で容易にCu2+に再生することができる。一般に酸化剤としては過酸化水素が使われ、次のように第一銅から第二銅への酸化が行われる。
2CuCl + H2O2 + 2HCl → 2CuCl2 + 2H2O
【0013】
前記反応式が示すように、過酸化水素によるCu+の酸化では塩酸を必要とし、塩酸を補充しないで再生を行うと、エッチング液のpHが上昇し、過酸化水素のCu+に対する酸化反応は成り立たず、加えた過酸化水素はCu+に触れた瞬間に自己分解を起こしてしまう。したがって、過酸化水素による再生では、塩酸濃度2〜4モルと高くして十分な量の塩素イオンと低いpHが確保される。エッチング液に過酸化水素が過剰に入ると過酸化水素は自己分解を起こす。
【0014】
ークロレートエッチャントにおける再生反応ー
塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液によるエッチング反応自体は塩化第二銅エッチング液による前記反応式で表され、こゝで生成したCu+は塩素酸ナトリウム溶液を加えることによって次式の反応により再生される。
6CuCl + NaClO3 + 6HCl → 6CuCl2 + NaCl + 3H2O
【0015】
この反応は過酸化水素による再生と同じく塩酸(塩素イオン)を必要とする。過酸化水素による再生は副生成物として水を生じるが、クロレートエッチャントでは塩化ナトリウム(食塩)が生じる。塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液における再生管理では、Cu+(還元剤)が無い状態で、塩酸濃度が高い液(pHが約0.5以下や塩酸が2〜3Mある従来の塩化第二銅エッチング液)に塩素酸ナトリウムが投入された場合、塩素酸ナトリウムは塩酸と直接反応して、危険な二酸化塩素(Chlorine Dioxide)と塩素ガス(Chlorine gas)が発生する。
2NaClO3 + 4HCl → 2ClO2 + Cl2 + 2NaCl + 2H2O
【0016】
二酸化塩素は水に易溶であるが実際の塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液による工程条件下ではほとんどのものが気体として放出される。二酸化塩素ガスおよび塩素ガスの相対蒸気密度は夫々2.3および2.5と空気より重く、過酸化水素とは異なって、人命に直接関わる可能性があるため厳重で迅速な管理が必要となる。
【0017】
ーpH管理ー
塩酸は前記のように再生反応で必要であると共に二酸化塩素、塩素ガス発生の要因となる。すなわち、pHが高いと再生反応は進まず、pHが低いと二酸化塩素、塩素ガスが発生する。すなわち、塩酸濃度が非常に低い状態で再生反応が起きると塩酸は急激に消費されてpHは直ちに上昇し、約pH3以上では水酸化銅が発生しエッチングできなくなる。一方pH値が1.3以下では前記のようにNaOCl3とHClとの反応で二酸化塩素を生じるおそれがある。このようにクロレートエッチャントではpHは最も重要な管理項目である。そのため、リアルタイムでの正確なpHコントロール(塩酸濃度管理)が必要であり、適切なpH値は1.3〜1.5の範囲である。
【0018】
クロレートエチャントによるエッチングにおいても、従来の塩化第二銅エッチングの場合の過酸化水素と同様に酸化剤としての塩素酸ナトリウムによって、エッチングで生じたCu+をCu2+に酸化するが、この場合に必要な量だけの塩素酸ナトリウムを補給する方法(当量管理法)と常に一定過剰の塩素酸ナトリウムを存在させてエッチングする方法(過剰管理法)とがある。
【0019】
前者は従来から提案されている塩化第二銅・塩化ナトリウム(塩化カリウム)系エッチング液に他ならず、この場合でもpHを高く(塩酸濃度を低く)維持すれば高比重(銅を大量に溶かせる)の液が得られる。
【0020】
後者では、エッチングで生じた銅箔表面に留まっているCu+をクロレートエッチャントで剥ぎ取ることができ、これは塩化第二鉄エッチングで銅表面に留まっているCu+をFe3+が剥ぎ取るのと同じである。ある程度クロレートエッチャントが過剰に入ってはじめてこの液の特徴が発揮される。異なる点は、塩化第二鉄エッチングでは剥ぎ取ると、Fe3+はFe2+になり、クロレートエッチャントエッチングでは剥ぎ取ると食塩ができることである。
【0021】
ー塩化第一銅・第二銅濃度の管理ー
エッチング液中の塩化第二銅・第二銅の濃度測定としてには一般的には光学的濃度による方法やORP計による酸化/還元電極による測定法等が考えられる。図1にクロレートエッチャントのスペクトルを示す。
【0022】
図1は塩化第二銅3M、塩酸0.1Mのクロレートエッチャントの波長1100〜200nm(赤外光から紫外光)のスペクトルである。520nm付近に光をよく通す谷(Valley)があり緑色に見える波長である。通常の測定(光源に5〜50Wのランプを使用した場合)では約400nm以下、約700nm以上の吸収は飽和してしまい、スペクトルの変化をみることはできないため、一般的な光学技術では谷の変化をみることになる。Cu+が生成するとこの谷は浅くなり、520nm付近の吸収が大きくなって液が黒味を帯びる。この現象に基いてCu+の濃度を測定することはできるが、Cu2+濃度、塩酸濃度、ClO3濃度の情報は全く得られない。
【0023】
光源を図1の場合より1000倍位強くして、測定したスペクトルを図2に示す。強力な光源を使用すると前記520nmの谷の他に約830nmに山(Peak)が認められる。これはCu2+の吸収で、この波長の吸収度合い(高さ)からCu2+濃度の測定が可能となる。このような光学的測定方法で第一銅濃度、第二銅濃度の測定が可能になるが、第二銅濃度は正確に把握する必要はなく、その管理には比重管理(全体の液密度)でも充分である。又、第一銅は本来ClO3が過剰に有れば存在することはなく、また酸化剤の制御が目的であれば、ORP計や2電極又は3電極ポテンショスタット装置(定電位電解法)を用いればよいので特に光学的測定法を導入する意義はない。
【0024】
塩素酸ナトリウム1Mのスペクトルを図3に示す。図に示すように約300nm以下のみに吸収が有るが、この領域では図1、図2に示す通り、他物質の方が圧倒的に吸収が大きく、NaClO3によるの吸収は隠れてしまうため測定する意味がない。多くの物質は300nm以下に大きな吸収があり、この吸収が塩素酸ナトリウム特有であるとはいえない。したがって、一般的な光学測定では、第一銅濃度が求められるだけで光学測定を用いる大きなメリットはない。特に、過剰管理法では第一銅が検出された時点(塩素酸ナトリウムの不足状態)で酸化剤を補給するのではリアルタイムの管理にならない。
【0025】
ー塩酸濃度の管理ー
前記のように、塩酸濃度が高いと二酸化塩素、塩素ガスが発生し、塩酸濃度が低いと酸化反応は完結しない。塩酸濃度を非常に低く保つと、再生反応で直ちに塩酸不足状態が起こるのでリアルタイムに塩酸を補給しなければならない。塩酸濃度を測定する手段としては、滴定分析、電導度、pHコントローラ等が考えられるが、滴定分析は正確であっても分析結果が出るまでに時間を要し迅速な補給が不可能である。電導度計の使用は塩酸濃度が非常に低いために適していない。塩化第二銅エッチング液で電導度計を塩酸センサーとして使用可能なのは塩酸濃度が2〜4Mと高く、また塩化第二銅の電導度より塩酸の電導度の方が遙かに高いためである。クロレートエッチャントは、塩酸がほとんど存在しない状態で使うので、電導度は全体のイオンの量を計ることとなり、測定結果は比重にほぼ比例してしまう。したがって塩酸濃度はpH計で管理するのが最も実用的であり、この場合には測定値に温度補償が必要となる。またpH計では電極寿命の問題があり、エッチャントの汚染による比較電極の劣化を防ぐため、ダブルジャンクション構造で内部液が多量に入る構造が要求される。
【0026】
ー比重管理ー
クロレートエチャントでは塩酸濃度が低いため大量の銅を溶解する事ができ、エッチング液は1.4以上の高比重となりエッチング槽内の液料が減少するのでエッチング液の回収処理等において利点がある。一方全体のイオン量が増加(比重が上がる)すると、必ず飽和が生じ結晶が発生するので飽和状態を監視する上でも比重管理が必要となる。比重の設定範囲は1.25〜1.45とすることが好ましい。
【0027】
ー酸化剤(塩素酸ナトリウム)の管理ー
クロレートエチャントで生成したCu+を酸化するだけの量の酸化剤を補給する方法(当量管理法)では、ORP計によって塩素酸ナトリウムの補給量を制御することができる。一方常に酸化剤(塩素酸ナトリウム)を一定過剰量で存在させる過剰液管理法ではCu+(還元剤)は存在せず、Cu2+も酸化剤、ClO3も酸化剤で全てが酸化剤であるため、Cu2+とClO3の酸化還元電位の差こそあれ、ORP計の指示値に基いて酸化剤(塩素酸ナトリウム)を制御することは不可能になる。さらにH+の量(pH)によってもORPは大きな影響を受けるので、Cu+を酸化するまでは正しく動作するがそれ以降(Cu+がCu2+になり、さらに過剰に酸化剤が投入された場合)指示値は信頼性がない。したがって、この場合のClO3の濃度測定は滴定分析かイオンクロマトしかなく、後者はプロセス中で使用するのは困難なため、滴定方式を用いることになる。ClO3は第一鉄イオンと特有の反応をするので、この方法で滴定分析しClO3濃度を一定に管理する。塩素酸ナトリウムの範囲は0〜1モルとすることが好ましい。
【0028】
ークロレートエッチャント管理装置ー
図5は塩素酸ナトリウム当量液管理装置おけるフロー図である。
この装置は図5に示すように夫々が増巾器と接続されたpHセンサ、ORPセンサ、比重センサおよび温度センサを有する試料の測定セル(図示せず)と、前記各センサの増巾器からの信号をマルチプレクサおよびA/D変換器を介して入力されるCPUを有する制御装置からなる。
【0029】
制御装置はCPUで入力信号を処理し、夫々のセンサ信号の所定レベルにしたがって、補給信号/警報を出力部から出力する。たとえばpH信号に関してはpHを1.3〜1.5に保つ様に塩酸補給信号が出力され、pHが一定以下の場合、警報を出力し薬液補給を停止する。当量液管理の場合は、ORPセンサ信号により塩素酸ナトリウム再生液の補給信号を出力し、ORP値が一定値以上になると警報を出力し薬液補給を停止する。また比重センサーでは比重が一定値(1.43)以上になると、水補給信号を出力し比重を低下させる。温度センサの示す温度が一定値以下の場合、薬液補給はしない。pH、OPRセンサーの各センサーの内部液が不足した場合、警報を出力する。
【0030】
尚塩素酸ナトリウム過剰液管理装置の場合には、図5のフロー図に加えて測定セル側に塩素酸ナトリウム過剰量制御のための滴定分析セルが設けられ不足分を自動的に補給する。この場合前記ORPセンサは二酸化塩素や塩素ガス発生の検知器として用いることができる。
【0031】
図6は過剰液管理装置に前記塩素酸ナトリウムの分析装置を組合せた構成を示す。エッチング槽からの試料液をポンプを介して注入される分析セルには、過マンガン酸カリウム滴定液、モール塩および希硫酸が夫々導入されるようになされており、その他の測定手段としてのpHセンサ、ORPセンサ、温度センサ等がこの分析セルに設けられている。分析セルからの各センサの信号出力は制御装置のCPUに入力され、信号処理の結果にしたがって、たとえば塩素酸ナトリウム補給信号が出力されて適量の酸化剤がエッチャーに補給される。
【0032】
エッチングによりCu+が生成すると、ORP計によって検出が行われて補給信号が出力されそれに見合う分だけ塩素酸ナトリウムが加えられる。このとき塩酸を加えなければ、再生反応により塩酸は消費され濃度は下がって行き、水を加えなければ比重が上昇して行く。そして、pHが約1.3〜1.5になるまでは、塩素酸ナトリウムの添加のみを行い、又、比重が1.43を越えた場合は、水を加える。pHが約1.5まで上昇した時点で、pH1.3〜1.5を保つように塩酸の自動供給を開始する。このままの管理を続ければ、塩素酸ナトリウム当量エッチング液となる。
【0033】
塩素酸ナトリウム過剰量管理の場合には、図6に示す塩素酸ナトリウム分析計で制御を行う。塩素酸ナトリウム定量の滴定分析方法では、分析セル内に注入した一定量の試料に対して、濃度の既知のモール塩(硫酸第一鉄アンモニウム溶液)を加えて一定時間加熱反応させ、残量のモール塩に希硫酸を加え硫酸酸性として過マンガン酸カリウム標準液で滴定して定量する。
【0034】
ーエッチレートの比較ー
他のエッチング液とのエッチレートの比較を図4に示す。
図中:
1.比重1.40塩化第二銅エッチング液(塩酸0.5M、第二銅3.5M)
2.塩化第二銅・塩素酸ナトリウムエッチャント(塩酸0.1M、第二銅3M、塩素酸ナトリウム0.5M)
3.比重1.25塩化第二銅エッチャント(従来の塩化第二銅エッチング液)
4.38ボーメ塩化第二鉄エッチャント(新液)
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の管理において、エッチング液のpH値、ORP計指示値、比重、温度を夫々所定範囲に管理制御することにより、塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の特性を充分に生かした実質的なエッチングが可能となり、かつpHセンサ、ORPセンサ、比重センサおよび温度センサを組合せた簡単な構成の装置によってこの管理を適確に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】塩素酸ナトリウムエッチャントのスペクトル図である。
【図2】より強力な光源を用いた塩素酸ナトリウムエッチャントのスペクトル図である。
【図3】塩素酸ナトリウム1M溶液のスペクトル図である。
【図4】各エッチング液間でのエッチレートの比較図である。
【図5】塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の管理装置のフロー図である。
【図6】塩化第二銅・塩素酸ナトリウム系エッチング液の過剰液管理装置の概要を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a management system for a cupric chloride / sodium chlorate etching solution, and a method for managing the etching solution when regenerating cuprous produced by etching copper with cupric chloride with sodium chlorate and hydrochloric acid. And apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, methods using a ferric chloride etching reaction and a cupric chloride etching reaction are mainly used for forming a printed circuit or the like by an etching technique. The cupric chloride method is widely used because it can be kept in a new solution by regenerating with hydrogen peroxide and is easy to manage, but there is room for improvement in terms of etching factors, etc. It is left.
[0003]
In recent years, a method using sodium chlorate (NaClO 3 ) to regenerate cuprous chloride etchant has been proposed, and has attracted attention because of its good etching factor and large liquid specific gravity, which makes it easy to recover. Yes. However, the cupric chloride / sodium chlorate etching solution (hereinafter referred to as chlorate etchant) has not been fully elucidated in its properties and behavior as an etching solution, and practical liquid management means are not specifically known. Various control methods have been known for the control items such as pH, hydrochloric acid concentration, sodium chlorate concentration, first, and copper dichloride concentration themselves, but these are the accuracy and measurement for actual chlorate etchants. It is not always accurate in terms of time. In addition, with respect to chlorate etchant, extremely dangerous chlorine dioxide and chlorine gas may be generated during the operation, and therefore, strict management in real time is necessary particularly for pH.
[0004]
An object of the present invention is to provide a liquid management method capable of comprehensively managing the above items with respect to a chlorate etchant management method and an apparatus capable of implementing this method with a relatively simple configuration.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The subject of the present invention is that cuprous chloride produced by copper etching with a cupric chloride / sodium chlorate etching solution is expressed by the formula: 6CuCl + NaClO 3 + 6HCl → 6CuCl 2 + NaCl using sodium chlorate and hydrochloric acid. When regenerating by + 3H 2 O reaction, the pH value, ORP value, sodium chlorate concentration, and specific gravity of the etching solution are measured by corresponding sensors, and the etching solution is measured based on the signal output from the sensor. And controlling the etching solution to have a pH of 0.5 to 2.5, an ORP value of +500 mV to +1200 mV, a sodium chlorate concentration of 0 to 1 mol, and a specific gravity of 1.25 to 1.45. It is accomplished by the management method of cupric chloride, sodium chlorate based etching solution and performing.
[0006]
The management method of the cupric chloride / sodium chlorate etching solution is cuprous chloride produced by copper etching with the cupric chloride / sodium chlorate etching solution using sodium chlorate and hydrochloric acid.
6CuCl + NaClO 3 + 6HCl → 6CuCl 2 + NaCl + 3H 2 O
In order to regenerate by the reaction, an etching station measurement cell having a pH sensor, an ORP sensor, a specific gravity sensor and a temperature sensor, and a replenishment signal is generated according to the processing unit and processing result of the output signal from each sensor. It can be implemented by a cupric chloride / sodium chlorate etching liquid management device characterized by having a control device provided with a replenishment instruction section.
[0007]
-Conventional etching method-As described above, the ferric chloride solution and the cupric chloride solution are mainly used in the copper etching method.
[0008]
-Ferric chloride etching reaction-Copper etching reaction with ferric chloride etching solution is as follows.
2FeCl 3 + Cu → 2FeCl 2 + CuCl 2
2Fe 3+ + Cu 0 → 2Fe 2+ + Cu 2+ (ion formula)
[0009]
By etching, for example, a copper foil provided on the substrate is oxidized with Fe 3+ to become Cu + and further oxidized with Fe 3+ in the vicinity to become Cu 2+ and dissolved in the etching solution. Fe 3+ oxidized copper foil becomes Fe 2+ . As a result of the etching, Cu 2+ in the solution, Fe 2+ occurs, although Cu 2+ has an etching of the copper foil, Fe 2+ has no etching ability of the copper foil. The copper foil etching reaction with ferric chloride does not require supply of chlorine ions from the outside, etching is performed at a relatively high pH, and the generated Fe 2+ is oxidized by oxygen in the air.
4FeCl 2 + O 2 + 4HCl → 4FeCl 3 + 2H 2 O
[0010]
In this reaction, hydrochloric acid is consumed, the pH rises, and iron hydroxide sludge is generated. For this reason, an acid containing hydrochloric acid (hydrochloric acid) is required mainly for the purpose of preventing pH increase, and therefore etching is performed in a state where hydrochloric acid is present to some extent (0.2 to 1%).
[0011]
-Cupric chloride etching reaction-Cupric chloride etching proceeds according to the following reaction formula.
CuCl 2 + Cu → 2CuCl
Cu 2+ + Cu 0 → 2Cu + (Ion type)
[0012]
That is, the copper foil on the substrate is oxidized by Cu 2+ to become Cu + , and is dissolved in the liquid as a cuprous complex salt by a large amount of chlorine ions in the vicinity. The resulting Cu + has no copper etching, but this Cu + can be easily regenerated to Cu 2+ with an oxidizing agent. In general, hydrogen peroxide is used as an oxidizing agent, and oxidation from cuprous to cupric is performed as follows.
2CuCl + H 2 O 2 + 2HCl → 2CuCl 2 + 2H 2 O
[0013]
As shown in the above reaction formula, the oxidation of Cu + with hydrogen peroxide requires hydrochloric acid. If regeneration is performed without supplementing hydrochloric acid, the pH of the etching solution increases, and the oxidation reaction of hydrogen peroxide to Cu + It does not hold, and the added hydrogen peroxide causes self-decomposition at the moment of touching Cu + . Therefore, regeneration with hydrogen peroxide ensures a sufficient amount of chlorine ions and a low pH by increasing the hydrochloric acid concentration to 2 to 4 mol. If hydrogen peroxide enters excessively into the etching solution, hydrogen peroxide undergoes self-decomposition.
[0014]
-Regeneration reaction in chlorate etchant-Etching reaction with cupric chloride / sodium chlorate etching solution itself is expressed by the above reaction formula with cupric chloride etching solution. Cu + produced in this step is a sodium chlorate solution. By adding, it is regenerated by the following reaction.
6CuCl + NaClO 3 + 6HCl → 6CuCl 2 + NaCl + 3H 2 O
[0015]
This reaction requires hydrochloric acid (chlorine ions) as well as regeneration with hydrogen peroxide. Regeneration with hydrogen peroxide produces water as a by-product, but chlorate etchant produces sodium chloride (salt). In the recycling management of cupric chloride / sodium chlorate etching solution, a solution with high hydrochloric acid concentration (pH of about 0.5 or less or hydrochloric acid of 2 to 3M) without Cu + (reducing agent). When sodium chlorate is added to (cupric etchant), sodium chlorate reacts directly with hydrochloric acid to generate dangerous chlorine dioxide (Chlorine Dioxide) and chlorine gas (Chlorine gas).
2NaClO 3 + 4HCl → 2ClO 2 + Cl 2 + 2NaCl + 2H 2 O
[0016]
Chlorine dioxide is readily soluble in water, but most of it is released as a gas under process conditions with an actual cupric chloride / sodium chlorate etching solution. The relative vapor density of chlorine dioxide gas and chlorine gas is 2.3 and 2.5 respectively, which is heavier than air, and unlike hydrogen peroxide, it may directly affect human life, so strict and prompt management is required. .
[0017]
-PH control-Hydrochloric acid is necessary for the regeneration reaction as described above and causes generation of chlorine dioxide and chlorine gas. That is, when the pH is high, the regeneration reaction does not proceed, and when the pH is low, chlorine dioxide and chlorine gas are generated. That is, when a regeneration reaction occurs in a state where the hydrochloric acid concentration is very low, the hydrochloric acid is consumed rapidly and the pH immediately rises. At about
[0018]
In etching with chlorate etchant, Cu + generated by etching is oxidized to Cu 2+ by sodium chlorate as an oxidizing agent in the same way as hydrogen peroxide in the case of conventional cupric chloride etching. There are a method of replenishing sodium chlorate in an amount necessary for the above (equivalent management method) and a method of etching always in the presence of a constant excess of sodium chlorate (excess management method).
[0019]
The former is none other than the conventionally proposed cupric chloride / sodium chloride (potassium chloride) etching solution. Even in this case, if the pH is kept high (the hydrochloric acid concentration is low), a high specific gravity (dissolves a large amount of copper). A) is obtained.
[0020]
In the latter, it is possible to strip the Cu + that remains in the copper foil surface produced by the etching in chlorate etchant, which strip the Cu + which remains on the copper surface with ferric etching chloride Fe 3+ of Is the same. Only when the chlorate etchant is excessively added to some extent, the characteristics of this solution are exhibited. The difference is that Fe 3+ becomes Fe 2+ when stripped by ferric chloride etching and salt is formed when stripped by chlorate etchant etching.
[0021]
-Control of cuprous chloride / cupric chloride concentration-In general, the concentration of cupric chloride / cupric chloride in the etching solution is measured by an optical concentration method or by an oxidation / reduction electrode using an ORP meter. Etc. are considered. Fig. 1 shows the spectrum of the chlorate etchant.
[0022]
FIG. 1 is a spectrum of a 1100-200 nm wavelength (infrared light to ultraviolet light) of a chlorate etchant of cupric chloride 3M and hydrochloric acid 0.1M. There is a valley that passes light well around 520 nm, and it appears to be green. In ordinary measurements (when a 5-50W lamp is used as the light source), absorption at about 400 nm or less and about 700 nm or more is saturated, and spectral changes cannot be seen. You will see changes. When Cu + is formed, this valley becomes shallower, absorption near 520 nm increases, and the liquid becomes dark. Although the Cu + concentration can be measured based on this phenomenon, information on the Cu 2+ concentration, hydrochloric acid concentration, and ClO 3 concentration cannot be obtained at all.
[0023]
The measured spectrum is shown in FIG. 2 with the light source made 1000 times stronger than in the case of FIG. When a powerful light source is used, a peak is observed at about 830 nm in addition to the 520 nm valley. This is the absorption of Cu 2+ , and the Cu 2+ concentration can be measured from the absorption degree (height) of this wavelength. With such an optical measurement method, cuprous concentration and cupric concentration can be measured, but it is not necessary to accurately grasp cupric concentration, and specific gravity management (total liquid density) is required for its management. But it is enough. In addition, cuprous originally does not exist if ClO 3 is excessive, and if the purpose is to control the oxidizing agent, an ORP meter or a two-electrode or three-electrode potentiostat device (constant potential electrolysis method) is used. There is no significance in introducing an optical measurement method because it may be used.
[0024]
The spectrum of
[0025]
-Control of hydrochloric acid concentration-As described above, when the hydrochloric acid concentration is high, chlorine dioxide and chlorine gas are generated, and when the hydrochloric acid concentration is low, the oxidation reaction is not completed. If the hydrochloric acid concentration is kept very low, a shortage of hydrochloric acid occurs immediately in the regeneration reaction, so hydrochloric acid must be replenished in real time. As means for measuring the hydrochloric acid concentration, titration analysis, conductivity, pH controller, and the like are conceivable. However, even if the titration analysis is accurate, it takes time until an analysis result is obtained, and rapid replenishment is impossible. Use of a conductivity meter is not suitable due to the very low concentration of hydrochloric acid. The reason why the conductivity meter can be used as a hydrochloric acid sensor with the cupric chloride etching solution is that the hydrochloric acid concentration is as high as 2 to 4 M, and the conductivity of hydrochloric acid is much higher than that of cupric chloride. Since the chlorate etchant is used in a state where there is almost no hydrochloric acid, the electrical conductivity measures the total amount of ions, and the measurement result is almost proportional to the specific gravity. Therefore, it is most practical to control the hydrochloric acid concentration with a pH meter, and in this case, temperature compensation is required for the measured value. In addition, the pH meter has a problem of electrode life, and in order to prevent deterioration of the comparative electrode due to contamination of the etchant, a structure with a large amount of internal liquid is required with a double junction structure.
[0026]
-Specific gravity control-Chlorate etchant can dissolve a large amount of copper due to its low hydrochloric acid concentration, and the etchant has a high specific gravity of 1.4 or more, reducing the amount of liquid in the etching tank. There are advantages. On the other hand, if the total amount of ions increases (specific gravity increases), saturation always occurs and crystals are generated. Therefore, specific gravity management is required to monitor the saturation state. The setting range of specific gravity is preferably 1.25 to 1.45.
[0027]
-Control of oxidizing agent (sodium chlorate)-In the method of replenishing the amount of oxidizing agent to oxidize Cu + produced by chlorate etchant (equivalent control method), the amount of sodium chlorate replenished is controlled by the ORP meter can do. On the other hand, in the excess liquid management method in which an oxidizer (sodium chlorate) is always present in a certain excess, there is no Cu + (reducing agent), Cu 2+ is an oxidizer, ClO 3 is an oxidizer, and everything is an oxidizer. For this reason, it is impossible to control the oxidizing agent (sodium chlorate) based on the indicated value of the ORP meter, regardless of the difference in redox potential between Cu 2+ and ClO 3 . Furthermore, ORP is also greatly affected by the amount of H + (pH), so it operates correctly until Cu + is oxidized, but thereafter (Cu + becomes Cu 2+ , and an excessive amount of oxidizing agent is added. Case) The indicated value is not reliable. Therefore, the concentration measurement of ClO 3 in this case is only titration analysis or ion chromatography, and since the latter is difficult to use in the process, the titration method is used. Since ClO 3 has a unique reaction with ferrous ions, this method is used for titration analysis to keep the ClO 3 concentration constant. The range of sodium chlorate is preferably 0 to 1 mol.
[0028]
—Chlorate Etchant Management Device— FIG. 5 is a flow chart of the sodium chlorate equivalent liquid management device.
As shown in FIG. 5, this apparatus comprises a sample measuring cell (not shown) having a pH sensor, an ORP sensor, a specific gravity sensor and a temperature sensor, each connected to an amplifier, and an amplifier of each of the sensors. The control device has a CPU that receives the signal of 1 through a multiplexer and an A / D converter.
[0029]
The control device processes the input signal by the CPU and outputs a replenishment signal / alarm from the output unit according to a predetermined level of each sensor signal. For example, with respect to the pH signal, a hydrochloric acid replenishment signal is outputted so as to keep the pH at 1.3 to 1.5. In the case of equivalent liquid management, a replenishment signal for sodium chlorate regenerating liquid is output by an ORP sensor signal, and when the ORP value exceeds a certain value, a warning is output and chemical liquid replenishment is stopped. In the specific gravity sensor, when the specific gravity exceeds a certain value (1.43), a water replenishment signal is output to reduce the specific gravity. When the temperature indicated by the temperature sensor is below a certain value, the chemical solution is not replenished. If the pH and OPR sensor internal liquid is insufficient, an alarm is output.
[0030]
In the case of the sodium chlorate excess liquid management device, a titration analysis cell for controlling the sodium chlorate excess amount is provided on the measurement cell side in addition to the flow chart of FIG. In this case, the ORP sensor can be used as a detector for generating chlorine dioxide or chlorine gas.
[0031]
FIG. 6 shows a configuration in which the sodium chlorate analyzer is combined with the excess liquid management device. A potassium permanganate titrant, molle salt, and dilute sulfuric acid are introduced into the analysis cell into which the sample liquid from the etching tank is injected through a pump, and a pH sensor as other measuring means. An ORP sensor, a temperature sensor, and the like are provided in the analysis cell. The signal output of each sensor from the analysis cell is input to the CPU of the control device, and, for example, a sodium chlorate replenishment signal is output according to the result of signal processing, and an appropriate amount of oxidant is replenished to the etcher.
[0032]
When Cu + is produced by etching, detection is performed by an ORP meter, a replenishment signal is output, and sodium chlorate is added in an amount corresponding thereto. At this time, if hydrochloric acid is not added, hydrochloric acid is consumed by the regeneration reaction and the concentration decreases. If water is not added, the specific gravity increases. Then, only sodium chlorate is added until the pH reaches about 1.3 to 1.5, and water is added when the specific gravity exceeds 1.43. When the pH rises to about 1.5, the automatic supply of hydrochloric acid is started so as to maintain the pH of 1.3 to 1.5. If management is continued as it is, a sodium chlorate equivalent etching solution is obtained.
[0033]
In the case of sodium chlorate excess management, control is performed with a sodium chlorate analyzer shown in FIG. In the titration analysis method of sodium chlorate determination, a known amount of molle salt (ferrous ammonium sulfate solution) is added to a certain amount of sample injected into the analysis cell and heated for a certain period of time. Mole salt is diluted with dilute sulfuric acid to make sulfuric acid acid, and titrated with potassium permanganate standard solution for quantitative determination.
[0034]
-Comparison of etch rates-Comparison of etch rates with other etchants is shown in FIG.
In the figure:
1. Specific gravity 1.40 cupric chloride etchant (hydrochloric acid 0.5M, cupric 3.5M)
2. Cupric chloride / sodium chlorate etchant (hydrochloric acid 0.1M, cupric 3M, sodium chlorate 0.5M)
3. Specific gravity 1.25 cupric chloride etchant (conventional cupric chloride etchant)
4.38 Baume ferric chloride etchant (new solution)
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the management of cupric chloride / sodium chlorate etching solution, the pH value, ORP meter indication value, specific gravity, and temperature of the etching solution are managed and controlled within predetermined ranges, respectively. Substantial etching that fully utilizes the characteristics of cupric / sodium chlorate-based etching solution is possible, and this control is made possible by a simple configuration device that combines a pH sensor, ORP sensor, specific gravity sensor, and temperature sensor. It can be implemented with certainty.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a spectrum diagram of a sodium chlorate etchant.
FIG. 2 is a spectrum diagram of a sodium chlorate etchant using a more powerful light source.
FIG. 3 is a spectrum diagram of a 1M sodium chlorate solution.
FIG. 4 is a comparison diagram of etch rates between etching solutions.
FIG. 5 is a flowchart of a management apparatus for a cupric chloride / sodium chlorate etching solution.
FIG. 6 is a diagram showing an outline of an excess liquid management apparatus for cupric chloride / sodium chlorate etching liquid.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000169690A JP4603128B2 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Cupric chloride / sodium chlorate etching system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000169690A JP4603128B2 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Cupric chloride / sodium chlorate etching system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001348685A JP2001348685A (en) | 2001-12-18 |
JP4603128B2 true JP4603128B2 (en) | 2010-12-22 |
Family
ID=18672513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000169690A Expired - Fee Related JP4603128B2 (en) | 2000-06-06 | 2000-06-06 | Cupric chloride / sodium chlorate etching system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4603128B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030006809A (en) * | 2001-07-16 | 2003-01-23 | (주)오알켐 | Composite in order to recycle etchant which can continuously operate and supply, and the supply method |
JP5214996B2 (en) * | 2008-02-26 | 2013-06-19 | 日本アクア株式会社 | Etching method |
JP2013205016A (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Method for analyzing free residual chlorine |
CN110453223A (en) * | 2018-05-07 | 2019-11-15 | 惠州市鸿宇泰科技有限公司 | A kind of high-effect environment-friendly type acidic etching liquid and its engraving method |
CN111945139B (en) * | 2020-07-27 | 2022-07-12 | 江苏富乐华半导体科技股份有限公司 | Nickel plating method for copper-clad ceramic substrate |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55152180A (en) * | 1979-05-14 | 1980-11-27 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Method for regeneration of copper chloride etching solution |
JPH10153570A (en) * | 1996-11-25 | 1998-06-09 | Nippon Aqua Kk | Etching controller, and electrode used for the same |
JPH11140671A (en) * | 1997-11-07 | 1999-05-25 | Nittetsu Mining Co Ltd | Method for regenerating etchant |
JP2001262373A (en) * | 2000-03-24 | 2001-09-26 | Yoshikazu Kobayashi | Cupric chloride etching liquid composition |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0811835B2 (en) * | 1986-07-15 | 1996-02-07 | 旭電化工業株式会社 | Etching method |
-
2000
- 2000-06-06 JP JP2000169690A patent/JP4603128B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55152180A (en) * | 1979-05-14 | 1980-11-27 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Method for regeneration of copper chloride etching solution |
JPH10153570A (en) * | 1996-11-25 | 1998-06-09 | Nippon Aqua Kk | Etching controller, and electrode used for the same |
JPH11140671A (en) * | 1997-11-07 | 1999-05-25 | Nittetsu Mining Co Ltd | Method for regenerating etchant |
JP2001262373A (en) * | 2000-03-24 | 2001-09-26 | Yoshikazu Kobayashi | Cupric chloride etching liquid composition |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001348685A (en) | 2001-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3964956A (en) | System for maintaining uniform copper etching efficiency | |
Hart | Mechanism of the γ-ray induced oxidation of formic acid in aqueous solution | |
TWI580819B (en) | Efficient high - quality acidic copper chloride circuit board etching solution | |
Connick et al. | Kinetics and mechanism of the oxidation of HSO3-by O2. 1. the uncatalyzed reaction | |
CN107815687B (en) | Copper chloride corrosive liquid regenerating unit | |
King Jr et al. | Kinetics of the oxidation of vanadium (II) and vanadium (III) ions by perchlorate ion | |
JP4603128B2 (en) | Cupric chloride / sodium chlorate etching system | |
JP5214996B2 (en) | Etching method | |
CN102257180A (en) | Etching solution for copper or copper alloy, etching method, and method for managing reproduction of etching solution | |
JPS6363633B2 (en) | ||
JPH05102122A (en) | Etching method | |
CN104120427B (en) | The processing method of wiring substrate and the wiring substrate manufactured using this method | |
JP4714209B2 (en) | COD automatic measuring instrument and COD measuring method using the same | |
Thompson | Oxidation of peroxovanadium (V), VO3+, in acidic aqueous solution | |
Sagi et al. | Sequential oxidimetric determination of thallium (I) and (III) | |
JP2000054167A (en) | Method for controlling ferric chloride etching solution and apparatus therefor | |
Cartek et al. | The Kinetics of the Oxidation of Iron (II) by Bromine | |
JP4580085B2 (en) | Method for etching metal tin or tin alloy and metal tin or tin alloy etchant | |
Dražić et al. | Electrochemistry of active chromium: Part 1—anomalous corrosion and products of chromium dissolution in deaerated sulfuric acid | |
Hollens et al. | Electrometric determination of thallium | |
JPS6219749A (en) | Detection of cuprous ion | |
JPH0811835B2 (en) | Etching method | |
JP3932447B2 (en) | Method for measuring concentration of components in solution | |
Garay et al. | Adsorptive square-wave voltammetry applied to study the reduction mechanism of Cu–sulfoxine and Cu–ferron complexes | |
JP2008216178A (en) | Analytic method of hydrofluoric acid in aqueous solution containing hydrofluoric acid and silicon compound |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070604 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100603 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100607 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100805 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100902 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101001 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131008 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4603128 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |